Resilienz von verteilten Systemen: Wie sie funktionieren und warum sie wichtig sind

Resilienz ist ein wesentliches Merkmal verteilter Systeme. In einem Vortrag von Konrad Baechler, Mitgründer des Vereins diva.exchange, an der Hochschule Luzern (HSLU) werden die Eigenschaften von Resilienz diskutiert. Es geht um Verfügbarkeit und Konsistenz von Ergebnissen in verteilten Systemen, welche auch bei Ausfällen oder Angriffen gewährleistet bleiben soll.

Was ist Resilienz?

Resilienz bedeutet, dass ein verteiltes System über die Zeit

  • für Benutzer zugänglich bleibt,
  • konsistente und nachvollziehbare Abfrageergebnisse liefert,
  • und somit resistent ist gegen Ausfälle und Angriffe.

Ein grundlegender Mechanismus für Resilienz ist die byzantinische Fehlertoleranz. Sie garantiert, dass selbst wenn sich einige Knoten im System böswillig verhalten (zum Beispiel durch absichtliche Bereitstellung falscher Daten), korrekt funktionierende Knoten immer noch in der Lage sind, einen Konsens zu erreichen und nachvollziehbare Ergebnisse zu liefern. In früheren Beiträgen auf dem diva.exchange-Blog haben wir ausführlich erklärt, wie die byzantinische Fehlertoleranz funktioniert.

Grundsätze der Resilienz

Um eine hohe Resilienz zu erreichen, müssen mehrere Schlüsselprinzipien befolgt werden:

  • Kein einzelner Ausfallpunkt. Ein verteiltes System sollte keine kritischen Komponenten haben, deren Ausfall das gesamte System unzugänglich machen würde.
  • Mehr Knoten, höhere Stabilität. Skalierbarkeit spielt eine entscheidende Rolle. Je mehr Knoten am Konsens teilnehmen, desto schwieriger ist es, das System anzugreifen oder zu stören.
  • Ausbalancieren von Belastbarkeit und Leistung. Ein System sollte widerstandsfähig und schnell genug sein, um für die Benutzer nützlich zu bleiben.

Praktische Empfehlungen

Die Erfahrung bei der Entwicklung verteilter Systeme zeigt, dass der Erfolg von mehreren wichtigen Praktiken abhängt:

  • Erstelle eine lokale Testumgebung. Um Tests in einer lokalen Umgebung durchzuführen, wird empfohlen, dass eine Container-basierte Version des Systems bereitgestellt wird.
  • Funktionale Tests sind entscheidend. Stelle sicher, dass alle Systemmodule korrekt miteinander interagieren.
  • Umfassende Protokollierungs- und Fehleranalysemechanismen. Fehlerprotokolle sollten (zumindest in der Testumgebung) zentralisiert werden, um die Problemanalyse zu erleichtern.
  • Zeit ist nicht relevant. Auf einen Zeitserver angewiesen zu sein, macht in einem verteilten System keinen Sinn. Daher müssen verteilte Systeme ohne Zeitsynchronisation funktionieren.
  • Kosten und Nutzen regelmässig bewerten. Während verteilte Systeme eine hohe Belastbarkeit bieten können, hängt ihre Effizienz von spezifischen Anwendungsfällen ab.

Schlussfolgerung

Resilienz bedeutet nicht nur, Ausfällen standzuhalten – es ist ein grundlegendes Prinzip des modernen digitalen Systemdesigns. Je besser die Architektur eines verteilten Systems geplant ist, desto zuverlässiger funktioniert es unter realen Bedingungen. Unter Berücksichtigung all dieser Faktoren können Unternehmen, die fehlertolerante Plattformen bauen, erhebliche Wettbewerbsvorteile erzielen.

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